KR100194894B1 - 2차원의 구조를 지닌 평탄한 중공 보강 콘크리트 마루층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차원 구조를 지난 평탄한 중공 보강 큰크리트 마루판을 만들기 위해 향상된 기술을 제공한다. 이러한 기술에 의해 개발된 구조물은 종래의 마루층 구조물을 대체시키고 상당한 이득을 가져올 것이다. 이러한 기술은 강도 및 경도의 향상, 재료의 더 많은 감량, 산축성의 증대, 경제적 이익등이 가능하게 해준다. 또한 이러한 기술은 벤딩력, 전단력, 및 경도의 완전한 균형을 가져오기 때문에 모든 설계상의 조건들이 동시에 최적으로 될 수 있다. 이러한 기술은 콘크리드를 최대의 능력이 산출되는 위치에 정확히 위치시킬 수 있는 능력을 가지는 특징에 의해 최소의 구조물을 제공한다. 이러한 기술은 종래의 기술에 의한 콤팩트 2 방향 보강 평판 구조물에 비해 재료의 감량(콘크리트 40-50%, 강철 30-40%), 100-150%의 강도 증대, 200%까지 스팬의 간격 증가 등의 이득을 얻는다. 이러한 기술은 현장 작업 뿐만 아니라 예축 작업 모두에 적합하다.

Description

2차원의 구조를 지닌 평탄한 중공 보강 콘크리트 마루층
콘크리트 마루층의 결점들은 이미 널리 알려져 있는데, 그 예로서, 대개의 경우 정하중(dead load)이 유효한 하중 능력의 2 내지 4배 정도 더 높다는 것이다. 따라서, 내부에 빈 공동을 만듦으로써 구조물을 가볍게 하기 위해 수많은 시도가 행하여져 왔다. 그러나 현재까지 일반적인 문제점을 해결하지 못하였다. 실직적인 해결 방안을 마련하기 위해서는 수많은 까다로운 요구 조건들을 동시에 충족시켜야 한다. 따라서, 과거에 이루어진 모든 시도들은 복잡한 2차원의 구조물 대신에 상대적으로 간단한 1차원의 구조물에 대해서만 중점적으로 이루어져 왔다. 이들 두 형태의 구조물은 정역학적 기능이 전혀 상이하고 비교될 수 없었다.
1차원 구조물 형태의 마루층
1차원 구조물 형태의 마루층은 1950년대부터 예축식(豫築式) 또는 프리스트레스식 중공 콘크리트 부재를 이용하여 거의 완벽하게 개발되었는데, 여기서 중공부의 외형은 콘크리트 내에 원통형의 공동을 남겨둔 채로 시멘테이션(cementation) 시킨 후 그 부재로부터 제거될 강철 파이프 둘레에 모놀리식(monolithic) 콘크리트 작업을 실시함으로써 만들어졌다. 이러한 마루층은 동일한 콘크리트 체적에 대해 최대의 내력을 갖게 된다. 그러나, 이러한 마루층의 구조는 예축식 부재로서만 만들 수 있으면, 내력은 한 방향으로만 작용하게 된다. 이러한 단점은, 상기 구조물의 상당 부분이 마루층 부재에 사용되어야 할 경우 전체 빌딩에 악영향을 미치게 된다. 이러한 빌딩 시스템은 지지벽 혹은 빔을 필요로 하게 되고, 실질적인 신축성을 제공하지 못하게 된다.
독일연방공화국 특허 제 2,116,479호(1970. 4월, 한즈 니플러(Hans nyffeler)에 허여됨)에는 전술한 파이프 대신에 경금속의 보올로 전환시키는 방법이 개시되어 있으며, 예측된 파이프의 길이가 짧아지는 것은 피할 수 있었다. 소정의 열을 갖는 보올을 형성하기 위해, 보올에는 관통하는 중앙 보오(bore)를 형성하고 바아에는 나사부를 만들어야 한다. 보올을 갖는 바아는 교정쇠 등의 보강 수단으로 지지된다.
이러한 구성을 갖는 종래의 방법은 실용성이 없다는 단점을 갖는다. 예를 들면, 보어내의 중공 보올을 콘크리트로 에워싸야 하는 등 실제 작업에 있어서 많은 어려움이 따른다. 결과적으로, 이러한 방법은 단지 이론에 불과한 것으로 실현하기에는 불가능한 것이다. 또한, 2차원 형태의 구조물에서는 전혀 실시할 수 없게 된다. 다시 말해서 교차된 바아에서 보올을 끼워 넣는 것이 전혀 불가능하기 때문이다.
2차원 구조물 형태의 마루층
2차원 구조물 형태의 마루층은 종래의 솔리드(solid)식 설계에서는 합리적으로 사용될 수 없으며, 특히 중량/두께비가 큰 지지용 칼럼(column)과 함께 사용할 수 없다.
만약 칼럼을 사용하지 않는다면, 솔리드식 마루층의 응용 범위는 3 내지 5m의 측변을 가진 작은 요소에만 한정되며, 전체 빌딩 구조물은 매우 소형의 모듀울에만 한정되기 때문에 신축성에 있어 많은 제약을 받게 된다.
1차원 중공 구조물을 2차원 중공 구조물로 전환시키기 위한 기술은 공지된 바가 없다.
본 발명은 2차원의 구조물과 임의의 방향의 스팬(span)을 구비한 평탄한 중공 보강 콘크리트 마루층에 관한 것이다.
본 발명에 마루층 구조물은 신축성을 증가시키고, 비임(beam)이 없는 스팬의 길이를 크게 하지 위해 개발된 완전한 구조물이다.
제1도는 중공체를 구비하면서 칼럼에 지지된 마루층 구조물의 평면도.
제2도는 제2도에 도시된 구조물의 단면도.
제3도는 중공체를 형성하는 다른 요소를 도시한 도면.
제4도는 상기 요소들 간의 잠금 수단을 도시한 도면.
제5도는 조립된 중공체를 도시한 도면.
제6도는 보올형 중공체가 두 번째 메시마다 배열되고 커넥팅 바아에 의해 상부 고정되는 마루층 요소의 평면도.
제7도는 제6도에 도시된 마루층 요소의 단면도.
제8도는 보올형 중공체가 세 번째 메시마다 배열되고 메시에 의해 상부에 고정되는 마루층 요소의 평면도.
제9도는 제8도에 도시된 마루층 요소의 단면도.
제10도는 타원형 중공체가 두번째 메시마다 배열되는 마루층 요소의 평면도.
제11도는 제10도에 도시된 마루층 요소의 단면도.
제12도는 타원형 중공 기포가 두번째 메시마다 배열되는 마루층 요소의 평면도.
제13도는 제12도에 도시된 마루층 요소의 단면도.
본 발명의 목적은 전단 조건의 향상 및 매우 간단한 방법으로 내측 공동을 형성하는데 따른 종래의 문제점을 해결하는데 있다. 중공체 및 보강재는 중공체를 보강재 메시(mesh)에 배열시켜 고착된 기하학적 또는 정적인 단일체로 일체형을 이루며, 중공체의 중립 위치가 수평방향으로 고정된다.
수직 방향에 있어서, 중공체는 연결 바아로 보강재 메시에 연결된 상부 메시에 의해 고정될 수 있는데, 강철 및 중공체의 내부 격자(lattice)는 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 콘크리트법으로 매장할 수 있도록 형성된다.
중공체에 의해 형성된 내부 공동은 아래의 7가지 기술적 조건들을 충족하고 있다.
1. 단순한 형상 및 배열 (실행 가능)
2. 밀폐된 몸체 (방수)
3. 강도 (접합점에서의 비신축성)
4. 신뢰성 높은 고착 (운송 및 콘크리트로 굳힘 등의 고착)
5. 대칭된 몸체 (2개의 대칭축 혹은 회전축)
6. 대칭된 구조물 (2개의 대칭축 혹은 회전축)
7. 일체식(연속적인) 콘크리트법 대한 장애물의 부재(不在)
이러한 조건들을 충족시키기 위해 거의 타원형 및 구형인 중공체가 개발되었다. 그 이유는, 중공체가 다양한 용도를 지난 조립체용 분리형 부재로서 형성될 수 있기 때문이다.
본 발명에 있어서, 콘크리트의 30 내지 40%가 공기로 대체될 수 있다. 그 결과, 2차원의 평탄한 중공 마루층 구조물은 종래의 마루층 구조물보다 더 경량이면서 더 높은 강도 및 경도를 지니며, 무한정의 하중 수용 능력을 가질 수 있게 됨으로써 더욱 경제적이 된다. 본 발면의 유리한 점을 종래의 것과 비교하면 아래와 같다.
콘크리트 재료를 40 내지 50% 절약하면 30 내지 40%의 강철 소모를 줄이는 효과를 얻을 수 있고, 또는 강도를 100 내지 150% 증가시킬 경우 스팬의 길이를 200% 까지 증가시킬 수 있다.
본 발명 및 이를 실시하기 위한 양호한 방법은 중공체가 보강재 메시에 배열되어 있는 양호한 실시예 및 동일한 마루층의 두께를 갖는 변형예(제 6도 내지 제 13도)를 도시하는 첨부된 도면과 연관지어 설명한 이하의 상세한 설명을 통해 더욱 명백해 질 것이다.
예축 작업과 현장에서의 작업을 실시하는데 있어서 실제적으로는 큰 차이가 없기 때문에, 이하에서는 현장 작업만이 설명될 것이다. 2 방향 보장재 메시(1)는 통상적인 방법으로 거푸집(16)내에 배열되며, 그 거푸집 바닥에 고정된다(제6도 내지 제13도 참조). 그 다음, 중공체(3)는 두 번째 메시(2)마다 상기 보강재(1)상에 직접 배치된다. 이 중공체(3)는 제8도에 도시된 바와 같이 상부 네트(12)에 의해 정위치에 구속된다. 또한, 중공체들은 제6도에 도시된 바와 같이 선정된 개구(15)속으로 삽입된 커텍팅 바아 혹은 와이어에 의해 구속될 수 있다. 두 개의 상철 네트(1),(12)와 이들 사이의 중공체(3)는 안정된 격자를 형성하게 되며, 상기 두 네트(1),(12)는 통상적인 커넥팅 바아 혹은 와이어(13)에 의해 상호 연결된다.
따라서, 통상적인 방법으로 콘크리트 작업을 할 수 있도록 3차원의 안정성 강철 격자(1),(2)와 중공체(3)의 준비가 완료된다. 원할 경우, 두 개의 네트간의 수직 연결부는 중공체를 들어 올려 메시와 중공체 모두가 완전한 콘크리트 작업이 이루어질 수 있도록 적당히 느슨하게 만들어질 수 있다.
완성된 마루층 구조물은 평탄한 상부와 밑면을 지난 십자형 웨브 구조물(3차원의 콘크리트 격자)의 형태를 가질 것이다. 이러한 작업의 소요 시간은 이중 보강재를 지닌 통상적인 마루층 구조물의 경우 보다 짧아지게 된다는 것을 알 수 있다. 아래의 몇몇 계산상의 수치는 종래의 솔리드식 마루층(m)과 대비한 중공체식 마루층(o)의 잇점을 증명해줄 것이다.
A 두 마루층이 동일한 두께를 가질 때
이들 계산은 두 개의 마루층에 대해 동일한 정적인 조건을 기초로 하였다;
1. 하중 수용 능력에 있어서의 잇점
동일한지지 상태에서 중공체식 마루층에 걸리는 하중은만큼 또는 100×2.0/1.5 = 130% 증가하였다.
2. 자유 스팬에 있어서의 잇점
전단력을 기초로 한 계산 결과는 거의 동일하였다. 양 경우 모두 33%의 이득 증가 즉, 각 방향으로 16%의 증가가 이루어졌다.
B. 두 마루층이 동일한 수용 능력을 가질 때
1. 솔리드식 마루층이 중공체식 마루층과 동일한 하중 수용 능력을 가질 경우
하중 수용 능력 po= 3.5×103N/㎡
에 대한 예상 두께의 증가는
45%의 정하중 증가 또는
3.5×103N/㎡의 또다른 정하중 추가에 대응하여 32㎝ 내지 46㎝
예상치의 제어
46㎝의 예상 두께에 대한 결과
(즉, 예상치는 정확히 맞음)
2. 솔리드식 마루층(m)과 동일한 수용 능력을 갖는 중공체식 콘크리트 마루층(o)의 두께 감소
예상치의 제어
26cm의 예상 두께에 대한 결과
(여기서, hm과 ho는 솔리드식 마루층과 중공체식 마루층 각각의 모멘트 아암)
(예상치는 정확히 맞음)
C. 두 마루층이 동일한 중량을 가질 때
32cm의 중공체식 마루층 대 21cm의 솔리드식 마루층
1. 벤딩 강도의 이득
따라서, 중공체식 콘크리드 마루층에 대한 벤딩 강도는 솔리드식 마루층의 것보다 160% 더 높음
2. 전단 강도의 이득
전단 강도는 또한 100% 이상으로 증가할 것이지만, 두께 이외에 지지부의 폭에 따라 좌우됨.
3. 자유 스팬의 이득
중공체식 마루층의 자유 마루층 면적은 솔리드식 마루층의 자유 면적보다 160% 더 크며, 또는 각 방향으로 60%씩 더 크다.

Claims (6)

  1. 개구를 지닌 상부 보강 메시; 상부 보강 메시에 평행하게 배치되고 개구를 구비하는 하부 보강 메시; 상부 메시의 개구와 하부 메시의 개구 각각으로 연장하면서 상기 두 메시에 의해 구속될 수 있는 치수 및 형상을 취하면서, 상기 상부 메시와 하부 메시 사이에 배치된 다수의 중공체; 상기 중공체를 구속하는 독립된 안정성 격자를 형성하도록 상부 메시와 하부 메시를 상호 연결시키는 커넥팅 수단을 포함하며; 상기 독립된 안정성 격자는 중공체가 내부 공동을 형성하게끔 중공체를 콘크리트에 매장시키도록 구속하는 것을 특징으로 하는 2방향 보강된 중공 콘크리트 마루층
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중공체는 폐쇄되고 얇은 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 2방향으로 보강된 중공 콘크리트 마루층.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상부 메시는 하부 메시와 동일한 것을 특징으로 하는 2방향으로 보강된 중공 콘크리트 마루층.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 중공체는 두 개의 사발형 단부들과 이들을 상호 밀봉되게 연결시키는 원통형의 중간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2방향으로 보강된 중공 콘크리트 마루층.
  5. 중공체와, 교차하는 바아에 의해 적어도 일부가 구속되도록 중공체가 연장하게 될 개구를 구비하면서 상기 바아에 의해 형성된 보강 메시를 포함하며, 상기 중공체는 보강 메시에 연결된 구속용 수단에 의해 수직방향으로 구속되며, 상기 보강 메시와 상기 구속용 수단은 중공체가 내부 공동을 형성하게끔 중공체를 콘크리트에 매장시키도록 구속하는 독립된 안정성 격자를 형성하며, 상기 중공체는 두 개의 사발형 단부들과 이들을 상호 밀봉되게 연결시키는 원통형의 중간부를 포함하는 것을 트징으로 하는 2차원의 구조를 지난 평탄한 중공 보강 콘크리트 마루층.
  6. 개구를 지닌 상부 보강 메시; 상부 보강 메시에 평행하게 배치되고 개구를 구비하는 하부 보강 메시; 상부 메시의 개구와 하부 메시의 개구 각각으로 연장하면서 상기 두 메시에 의해 구속될 수 있는 치수 및 형상을 취하면서, 상기 상부 메시와 하부 메시 사이에 배치된 다수의 중공체; 및 상부 메시와 하부 메시를 상호 연결시키는 커넥팅 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 마루층의 형성용 안정성 격자.
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